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신재생에너지 출력제한 완화를 위한 풍력발전 연계형 ESS 활용 방안 ; 상명풍력단지 실증을 중심으로

  • 오일환 (오일환(Oh il hwan), 아주대학교 일반대학원)

초록/요약

탄소제로를 위한 에너지 전환은 시대적 과제이며 지속 가능한 미래를 위해 필 수적인 요소일 것이다. 그 중에서도 재생에너지의 공급 확대를 위해서 그간 많 은 노력을 하고 있으며 특히 제주에서는 탄소 없는 섬을 목표로 풍력, 태양광 공급을 매우 빠르게 늘려가고 있다. 그러나 재생에너지의 특징인 간헐성과 변 동성으로 전력 생산과 수요의 불균형이 발생되어 전력망에 생산된 재생에너지 를 수용하지 못하고 특정 시기에 출력을 중단해야 하는 출력제한 현상이 발생 하고 있다. 이러한 재생에너지 공급 과잉으로 인한 출력제한 문제는 전력 산업 전반에 연 관되어 있으며 전력공급 체계, 에너지믹스, 유연성 자원 확대를 위한 에너지저 장장치 기술 고도화 및 연구개발 등 다양한 해결 방안을 적용하기 위해서는 막 대한 투자와 정책적 결정 등 매우 복잡하고 긴 시간이 필요한 상황이다. 당면 한 현실은 발전사업자의 손실 증가로 재생에너지 보급 속도에 제동이 걸리고 신재생에너지 운영 사업의 경영 악화로 관련 산업 전반에 악영향을 끼치고 있 으며 제주에서의 문제가 전국으로 확대될 가능성이 매우 크다. 본 논문은 출력제한 조건에서도 재생에너지를 생산이 가능한 방안을 연구 중 풍력발전 연계형 ESS 장치를 활용한 출력제한을 완화 방안을 제시한다. ESS 한 계 용량 내에서 전력 계통에 영향 없이 풍력발전이 가능한 점을 활용하여 ESS 충전용 풍력발전기 가동으로 효율적인 ESS의 충전, 방전 방안을 연구한다. 연 구된 방안을 적용한 실증 사례로 풍력발전 단지의 출력제한 완화 정도 및 운영 상 손실을 어떻게 줄일 수 있는지를 확인할 것이다. 또한 전력공급 초과 시간대의 발전량을 흡수할 수 있는 ESS 충전 시간 타임 쉬 프트 운영 방식 도입으로 풍력발전과 ESS의 이용률에 미치는 영향을 살펴 보 고 출력제한 시기에 효과적인 대응 방안이 되는 것을 증명할 것이다. 재생에너지 보급 확대 과정에서 전국적으로 확대될 출력제한 문제에 대한 해결 책을 찾을 수 있는 단서를 제공할 수 있길 기대한다. 그리고 향후 에너지 전환 과정에서 발생 되는 극복할 수 있는 관련 연구에 기여 하고자 한다. 주요 단어 : 신재생에너지, 출력제한, 풍력발전, 에너지저장장치, 연계형 ESS

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목차

제1장 서론 1
제1절 연구배경 및 필요성 1
제2절 연구내용 및 범위 3
제2장 이론적 배경 5
제1절 신재생 풍력발전 개념 5
1. 신재생에너지 5
2. 풍력발전 11
제2절 ESS(Energy Storage System) 개념과 용도 14
1. ESS 개념 14
2. ESS 용도 16
제3절 상명풍력 발전단지 20
1. 상명풍력 발전단지 개요 20
2. 상명풍력 ESS 특징 및 구성 24
제4절 제주전력계통의 특징 및 출력제한 28
1. 제주지역 전력계통의 특징 28
2. 출력제한의 개념 30
제5절 신재생에너지 ESS에 관한 정책 33
제3장 출력제한 완화를 위한 풍력발전 가동 방안 35
제1절 상명풍력 단지 운영 현황 분석 35
제2절 출력제한 조건에서의 풍력발전 가동 방안 39
1. 개요 39
2. 가상풍력발전 절차 신설 42
제3절 가상풍력발전 목적 함수 모델링 43
1. 출력제한시 ESS 충전용 풍력발전 모델링 43
2. 출력제한시 제약조건 모델링 44
3. 풍력발전범위 및 출력조정 방법 44
4. ESS 충·방전 조건 44
5. ESS 충전 연관 제약 조건 45
제4장 사례연구 47
제1절 시뮬레이션 개요 및 방법 47
제2절 시뮬레이션 실증 및 경제성 분석 결과 57
제5장 결론 68
제1절 연구결과 68
제2절 향후계획 71
참고문헌 73
Abstract 76

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